环境因素对露天石质文物的危害——以集安市高句丽王城、王陵和贵族墓葬为例冯楠1 王蕙贞1，2 宋迪生2(1、吉林大学边疆考古研究中心.长春；2、西北大学.西安)摘要：露天石质文物的保护一直受到文博工作者的关注，它们暴露在大自然环境中，经受着风砂吹蚀、有害气体及各类生物的侵蚀危害，材料老化速度要比馆藏的石质文物快得多。
可以说露天石质文物的病害产生是多种环境因素共同作用、互相影响的结果，本文以高句丽王城、王陵和贵族墓葬的石质文物为例，对环境综合因素施于石质文物的危害作了详细的论述。
根据“保持文物的历史真实性，尽量减少人为因素对文物的干预的原则”，应该以环境的治理为根本的解决方法，具体到某一地区和特定石质文物，就针对不同环境条件分析病变成因，采取防治对策。
关键词：环境因素，露天石质文物病变，高句丽石质文物是中华名族的灿烂文明，是无价的不可再生的文化遗产和旅游资源，世界上能保存至今的古建筑或较完整的遗迹几乎都是石质建筑。
目前多数石质文物，特别是露天石质文物，暴露在自然界环境中，随着岁月流失不断受到各种自然和人为因素的破坏，近代工业带来的环境污染和酸雨使石质文物受到更严重的侵蚀，许多石质文物的文化特征和有关历史信息将很快消失。
高句丽政权是我国东北地区的一个少数民族政权，集安是高句丽早中期（公元1-5世纪）的政权中心所在，其界域内的高句丽王城、王陵及贵族墓葬是高句丽的主要文化遗产，其中遗存材质多为石质文物，受周围环境的影响，现存的石质文物病害类型多、破坏速度快，急需开展保护工作。
而石质文物产生病变和其所处的环境密切相关，对相关环境因素的研究直接影响着对石质文物病变的正确判断和分析，只有对石质文物的病害类型和产生病害的原因有了正确的认识和深入的分析，才能对症下药，制定合理的保护及修复方案，所以病害类型学对制定文物保护计划具有指导性的意义,而病害类型学的研究正是基于对影响文物环境因素的研究。
本文主要针对石质文物病变的环境影响作用进行讨论，并以集安市高句丽王城、王陵和贵族墓葬为例，探讨其在其特殊的环境影响下的病害类型，并提出日常可行的保护建议。
一、露天环境由于露天环境是开放式的，给石质文物带来的影响尤为明显。
导致露天石质文物产生病变的因素，主要来自其周围的环境，一方面有巨大的自然灾害，如地壳运动引起的地震、火山爆发、洪水、潮汐、地下水活动、台风、雷击等，还有一类是自然因素的破坏，它们虽然不像自然危害那样来势凶猛，却是持久地、日复一日地侵蚀着文物，如温湿度变化、光辐射、灰尘、有害气体、植物微生物繁殖等因素的综合作用，这些环境因素日益改变着文物的外观形态和内部组成，露天石质文物更是受到直接的影响，对于环境因素的研究是正确了解石质文物病害成因的关键所在。
露天环境大致可以包括五大部分：地质环境、大气环境、水文环境、生物环境和人文环境，它们共同组成了完整统一的文物保存环境，下面就分别探讨这五个部分,并以高句丽王城、王陵及贵族墓葬为例来阐述环境对露天石质文物产生的破坏作用。
1、地质环境地质环境与石质文物的关系非常密切，它是石质材料形成的决定因素，地质环境不仅直接决定着石材的理化性质（岩性、颜色、密度、硬度、力学强度、可溶性等），同时其宏观结构、构造对于采石加工的大型露天不可移动文物的雕凿具有重要意义，像著名的龙门石窟、云冈石窟、乐山大佛等都开凿或雕刻在依山傍水的崖壁上，其保存的现状与地质环境关系十分密切。
不同的石材来源于不同的地质环境，但多是就地或就近取材的天然岩石，文物石材的质地有砂岩、砾岩、石灰岩、大理石、汉白玉、板岩、页岩、凝灰岩、花伟晶岩等，从岩石的成因上看所有的岩石都可以归为3类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。
这三类岩石的结构、构造有较大差别。
据考察集安城北23公里的绿水桥就是高句丽时代建造都城和石墓葬的采石场[1]，主要采用的岩石矿物成分以花岗岩为主，还有部分大理岩、白云岩等。
2、大气环境大气环境一般来说包括温度、湿度、光辐射、大气运动等，全国各地区石质文物所处的不同的环境特点带来了不同程度的影响。
在干旱地区，如甘肃麦积山石窟、新疆克孜尔石窟受水的吸收与蒸发，盐分的结晶与潮解，对石质文物的长期保存起着决定性的作用。
而对于南方潮湿地区，植物的生长、微生物的侵蚀及各种化学风化表现较为突出，在寒冷地区则是冻融作用比较显著。
高句丽文化遗存地处东北寒冷地区，日夜温差大，又号称“吉林小江南”，湿度适宜，生物危害也比较严重，导致病害类型多样，急需保护处理。
3、水文环境水文环境是由各种水体及其分布、运动形态组成，主要包括地表水体、地表径流、地下水及地下径流等基本因子。
这些水体的存在，诱发了石质文物的许多病害类型。
水给其它物质，特别是空气中有害气体、灰尘、微生物破坏侵蚀石质文物提供了充分的媒介；水溶解岩石胶结组分及与岩石自身成分的反应；水的结冰、融化导致的体积涨缩产生的压力；洞窟渗漏造成雕刻表面长期遭受侵蚀等。
高句丽文化遗存依山伴水，水资源丰富，常年湿度较高，随之伴随而产生的各种病害都较为严重。
4、生物环境生物环境主要由动植物和微生物及其活动构成。
一般来说，破坏石质文物的生物主要有两大类：一类是微生物（即细菌、真菌、地衣等）；还有就是较高级的生物（苔藓、植物、昆虫等）.微生物对石质文物的危害是普遍的，地衣、藻类、苔藓等可依附在石质表面和裂隙深处，其生长和繁殖会导致石质材料的劣化。
高句丽石古墓群中生物的危害最为明显，随处可见植物和微生物生长、繁殖的痕迹。
5、人文环境人文环境即社会环境因素，包括工农业生产带来的环境污染和不当的人为干预活动，是露天石质文物病害加剧的重要因素，随着近代工业的发展和人口迅速增长，大量的有害气体排入大气中，造成了严重的环境污染，据联合国卫生署统计，全世界每年有10亿吨以上有害气体排入大气中，而且这种趋势有增无减，这些有害气体不仅仅危害人类健康，还严重危害了人类遗留下来的文物古迹，使文物不同程度遭受到有害气体的侵蚀，对于露天石质文物危害更加严重。
工业排放的有害物质包括硫化物、氮氧化物、氯化物、氟化物、烃类、烟尘、粉尘等有害物，由二氧化硫、二氧化氮进一步形成的酸雨则是对石质危害最为严重的影响因素。
大气尘埃中的金属氧化物、燃料燃烧产生的各种有机化合物烟尘、被粉尘吸附的霉菌真菌孢子等降落在石质文物表面，遇到潮湿的空气，溶解而成的可溶性酸、碱、盐就会使石质文物表面受腐蚀。
二、环境因素对石质文物的危害实例-以集安市高句丽王城、王陵和贵族墓葬为例1、集安市高句丽王城、王陵和贵族墓葬概括高句丽政权始于公元前37年、止于公元668年，曾是我国东北地区最强盛的少数名族政权之一，在东北亚历史发展过程中产生过重要影响。
吉林省集安市是高句丽政权沿用400余年的政治、文化、经济中心，是高句丽王城、王陵及贵族墓葬分布最集中的地区。
集安市高句丽王城、王陵及贵族墓葬分布面积约140平方公里。
由于曾经在2003年对好太王碑的四周镶过钢化玻璃，加盖过保护亭，现已经基本上与外界环境相隔绝了，情况与国内城、丸都山城、王陵与贵族墓葬不完全相同，不包括在本文讨论范围内。
各遗址概括见表1[2]。
表1 遗存概况表序号遗存名称历史年代遗存现状1 国内城平面略呈方形，皆条石砌筑，另有大型块石砌筑排水涵洞1处。
2 丸都山城城垣沿山势走向构筑，布局北高南低；墙体条石砌筑，平面为不规则矩形；含门址7处、蓄水池1处、瞭望台址、宫殿址1处、戍卒驻地址一处3王陵与贵族墓葬（洞沟古墓群）公元3年~6世界末7世纪初集安的高句丽王陵及贵族墓葬全部分布在洞沟古墓群中。
其中王陵及陪坟13座；贵族墓葬27座。
均为高句丽石墓的同时期高品级、特征丰富的墓葬。
选址具有一定的环境特征，并伴出与其地位相符的考古遗迹和遗物。
洞沟古墓群散布于通沟平原的山麓和坡地上，含近7000座高句丽时代墓葬，按地形地貌和分布密集程度可分麻线、万宝汀、七星山、山城下、禹山、下解放和长川7处片区4 好太王碑公元414年高句丽第二十代长寿王为其父谈德所建的记功碑，立于晋义熙十年。
角砾凝灰岩粗制而成，近方柱状，高6.39米。
四面环刻1775个汉字，可辨识1590字左右。
碑文涉及高句丽建国神话、早期王系、好太王攻城掠地之功业、守陵制度等集安地区是吉林省的高温多雨区域，属半大陆半海洋气候，是吉林省高温多雨区域，故被誉为“塞北小江南”，即使在冬季也仍然表现为高湿，即使在冬季低温-17°С下仍可达到80%，1984~2003年年平均相对湿度为71%；年平均气温6.5°С，最低气温可达到-39.8°С，最大温差可达到50°С.。
年平均降雨量为881.5mm，而日最大降雨量达到了1956mm，各月降雨量及其不平均，如2003年7月的降雨量是2月份的74倍。
年蒸发量为1110.8mm，各月蒸发量极不平衡。
2、高句丽王城、王陵及贵族墓葬现存主要问题由于高句丽王城、王陵及贵族墓葬处于一江（鸭绿江）一河（通沟河）之滨，常年水量充沛，加上处于两山之间，地址较低，水蒸气不易逸散。
周围居民生活及集市内烧烤燃煤及鸭绿江对面的化工厂、水泥厂、树脂厂等生的有害气体在潮湿环境下更加容易对石材产生侵蚀，如图1。
图1 鸭绿江对岸的工厂产生的浓烟为了了解高句丽王城、王陵及贵族墓葬中大量的石材的物理性质，笔者曾在丸都山城及贵族墓葬、将军坟等多处选取石质的样品进行X-射线衍射结构分析（简称XRD分析）[3]，从结果可知高句丽石质文物中所用的石材基本上是以硅酸盐[钠长石NaAlSi3O8、钾长石KAlSi3O8、钙长石（Ca,Na）（Si,Al)4O8]为主的花岗岩，和以石灰质碳酸钙为主的大理石、汉白玉组成。
贵族石墓周边基本上用花岗岩垒砌而成，而墓顶上面多用大小、形状不同的花岗岩或大理石小块堆填而成。
系属于岩浆岩的花岗岩耐腐蚀的能力比属于变质岩的大理石强很多，所以一般都是石墓周边的风化程度比墓顶的石质风化程度要轻得多。
如高句丽贵族墓中的1298号石质成分为：钠长石NaAlSi3O8 45.49%、钙长石（Ca,Na）（Si,Al)4O8 45.49%、绿泥石5.65%、伊利石3.63%，而1298号石墓的风化产物成分为：钠长石NaAlSi3O8 22.93%、钙长石（Ca,Na）（Si,Al)4O8 44.01%、绿泥石3.40%、二氧化硅32.67%，风化后的产物有些会呈片状剥落，但基本上仍有一定的强度。
墓顶上的大理石的风化速度也很快，反应式为：CaCO3+CO2+ H2O → Ca(HCO3)2→CaCO3+CO2+ H2O其中大理石CaCO3由原来坚硬不溶于水的状态风化成可溶于水的Ca(HCO3)2，而形成的Ca(HCO3)2极易分解，产物就是粉末状附着在石质表面的强度很小的腐蚀层，稍用力挤压即可破碎脱落。